RU2308125C1

RU2308125C1 - Method for electrical energy generation

Info

Publication number: RU2308125C1
Application number: RU2005141387/09A
Authority: RU
Inventors: Олег Николаевич Новиков (RU); Олег Николаевич Новиков
Original assignee: Олег Николаевич Новиков
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2007-10-10

Abstract

FIELD: power engineering; fuel cells.

SUBSTANCE: proposed method is meant for electrical energy generation in manufacture of chemical products and also for recovery of various wastes, as well as for manufacturing chemical by-products in the course of electrical energy generation. To this end use is made of double-chamber electrochemical cell provided with graphite electrodes, porous diaphragm, and electrolyte. Casing-head gas is supplied to anode chamber and air, to cathode chamber through bubbler. Auxiliary electrodes joined together by means of dielectric spindle made of shock-resistant polystyrene are placed in cathode and anode chambers. Anode is provided with blades. Electrolyte is passed from electrode space through sorbent or ion-exchange resin of ion-exchange filter. Electrical energy is generated from waste water.

EFFECT: reduced power requirement for purifying waste water, ability of producing new valuable chemical commodities.

17 cl, 1 dwg, 10 ex

Description

Предлагаемое изобретение относится к области энергетики, в частности к топливным элементам. Преимущественное применение разработки - получение электроэнергии при производстве химических продуктов, а также в процессе переработки различных отходов и/или при попутном производстве химических продуктов в процессе выработки электроэнергии.The present invention relates to the field of energy, in particular to fuel cells. The main application of the development is the generation of electricity in the production of chemical products, as well as in the processing of various wastes and / or in the associated production of chemical products in the process of generating electricity.

Существующие топливные элементы применяют для выработки электроэнергии там, где необходимы большие количества электричества, полученные с высоким коэффициентом полезного действия. В качестве топлива чаще всего используют водород как энергоноситель с максимальной удельной энергией окисления. В качестве окислителя используют кислород.Existing fuel cells are used to generate electricity where large quantities of electricity, obtained with a high efficiency, are needed. Hydrogen is most often used as fuel as an energy carrier with a maximum specific oxidation energy. Oxygen is used as an oxidizing agent.

Известен способ получения электрической энергии от природного источника электричества /Патент РФ №2124822, H05F 7/00, Н01М 8/22 1999 г./. В качестве природного источника используют электрический потенциал, имеющийся на контакте с графитосодержащими породами, при этом создают сеть положительных и отрицательных выводов из заземленных на участке, где присутствуют графитосодержащие. Над приводным источником электричества, образовавшимся за счет электрохимических процессов на контакте с графитосодержащими поводами, создают сеть положительных и отрицательных выводов из заземленных металлических электродов, которые затем подключают к потенциалсуммирующим устройствам, позволяющим увеличить напряжение от природного источника до уровня, необходимого для потребителя.A known method of producing electric energy from a natural source of electricity / RF Patent No. 2148822, H05F 7/00, H01M 8/22 1999 /. As a natural source, use the electric potential that is in contact with graphite-containing rocks, while creating a network of positive and negative conclusions from the grounded in the area where graphite-containing are present. A network of positive and negative leads from grounded metal electrodes is created above the drive source of electricity, formed due to electrochemical processes at the contact with graphite-containing motives, which are then connected to potential-summing devices, which can increase the voltage from a natural source to the level necessary for the consumer.

Известен способ получения электрической энергии /Заявка WO 91/04587, Н01М 8/10, 1991 г./, при котором образуют электродную пару из сплошного положительного электрода с селективным катализатором восстановления окислителя и газопроницаемого отрицательного электрода с селективным катализатором окисления топлива, электроды разделяют проницаемым для газа слоем оксида, обладающего ионной проводимостью, и подают гомогенную смесь окислительного и восстановительного газов к отрицательному электроду.A known method of producing electrical energy / Application WO 91/04587, H01M 8/10, 1991 /, in which an electrode pair is formed from a continuous positive electrode with a selective oxidation reduction catalyst and a gas-permeable negative electrode with a selective fuel oxidation catalyst, the electrodes are separated permeable to gas layer of oxide having ionic conductivity, and serves a homogeneous mixture of oxidizing and reducing gases to the negative electrode.

Ближайшим аналогом является способ получения электрической энергии /Патент РФ №2079934, Н01М 8/10, Н01М 14/00 1997 г./, при котором образуют пару из положительного и отрицательного электродов, подают в нее гомогенную газовую смесь, состоящую из окислительного и восстановительного реагентов и отводят продукты реакции от одного из электродов, электроды разделяют полупроводниковым материалом с дырочной проводимостью, а подачу гомогенной газовой смеси осуществляют в зону контакта поверхности полупроводника только с отрицательным электродом.The closest analogue is a method of producing electric energy / RF Patent No. 2079934, Н01М 8/10, Н01М 14/00 1997 /, in which a pair of positive and negative electrodes is formed, a homogeneous gas mixture consisting of oxidizing and reducing reagents is fed into it and the reaction products are removed from one of the electrodes, the electrodes are separated by hole-conduction semiconductor material, and a homogeneous gas mixture is supplied into the contact zone of the semiconductor surface with only the negative electrode.

Недостатком известных способов является невозможность использования бросовых источников химической энергии, низкая эффективность использования химической энергии энергоносителей.A disadvantage of the known methods is the inability to use waste sources of chemical energy, the low efficiency of the use of chemical energy energy.

Задачей предлагаемого изобретения является создание способа, позволяющего использовать бросовые источники химической энергии при повышении эффективности использования химической энергии энергоносителей путем попутного преобразования энергетического сырья в полезные химические продукты.The objective of the invention is the creation of a method that allows the use of waste sources of chemical energy while increasing the efficiency of the use of chemical energy energy by converting energy raw materials into useful chemical products.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения электрической энергии, при котором образуют электродную пару из положительного электрода и отрицательного электрода, подают в нее окислительный и восстановительный реагенты, которые формируют свободные радикалы, ускоряющие химические реакции на основных электродах, путем размещения вспомогательных электродов, на которые подают импульсы с напряжением, не меньшим напряжения выхода электрона из электрода, с частотой, равной или кратной резонансной частоте электролита, с силой тока, достаточной для формирования радикалов в количестве 1 радикал на 3-1000 молекул окислителя или восстановителя, и/или путем подачи веществ-инициаторов, образующих при распаде свободные радикалы, и/или в материал электродов вводят вещества, ускоряющие распад инициаторов.The problem is achieved in that in the method of producing electrical energy, in which an electrode pair is formed from a positive electrode and a negative electrode, oxidizing and reducing reagents are fed into it, which form free radicals that accelerate chemical reactions on the main electrodes by placing auxiliary electrodes on which provide pulses with a voltage not less than the voltage of the electron exit from the electrode, with a frequency equal to or a multiple of the resonant frequency of the electrolyte, with force current sufficient to form radicals in an amount of 1 to 3-1000 radical molecules oxidant or reductant, and / or by supplying substances initiators forming free radicals during the decay, and / or the electrode material is introduced substances that accelerate the decomposition of the initiators.

Электродную пару помещают в ячейку с электролитом, разделенную на катодную и анодную камеры мембраной, состоящей из жидкого электролита, отвержденного гелеобразователемThe electrode pair is placed in a cell with an electrolyte, divided into a cathode and anode chamber by a membrane consisting of a gel-cured liquid electrolyte

Для ускорения диффузионных процессов хотя бы один из электродов приводят во вращательное движение или приводят в колебательное движение с интенсивностью, обеспечивающей принудительную диффузию со скоростью, равной или большей скорости электрохимической реакции, с ускорением, не меньшим 0,001 м/с².To accelerate diffusion processes, at least one of the electrodes is put into rotational motion or set into oscillatory motion with an intensity providing forced diffusion at a rate equal to or greater than the speed of the electrochemical reaction, with acceleration not less than 0.001 m / s ² .

Для повышения стабильности напряжения, снимаемого с топливного элемента, электролит из приэлектродного пространства пропускают через сорбент или ионит с линейной скоростью не более 30 м/ч, продукт электродной реакции абсорбируют или адсорбируют.To increase the stability of the voltage removed from the fuel cell, the electrolyte from the near-electrode space is passed through a sorbent or ion exchanger with a linear velocity of not more than 30 m / h, the product of the electrode reaction is absorbed or adsorbed.

Дополнительно вводят катализатор электрохимических процессов, представляющий собой фторорганическое соединение, обладающее свойствами поверхностно-активного вещества в концентрации, превышающей критическую концентрацию мицеллообразования.In addition, a catalyst for electrochemical processes is introduced, which is an organofluorine compound having the properties of a surfactant in a concentration exceeding the critical micelle concentration.

Для ускорения формирования радикалов электродные камеры облучают электромагнитным облучением с интенсивностью и частотой, достаточной для распада инициатора на свободные радикалы.To accelerate the formation of radicals, the electrode chambers are irradiated with electromagnetic radiation with an intensity and frequency sufficient for the initiator to decay into free radicals.

Один или оба электрода делают пористыми, а поры заполняют электролитом с гелеобразователем, имеющим в своем составе вещество, избирательно сорбирующее окислитель или восстановитель, а также катализатор для его окисления или восстановления.One or both electrodes are made porous, and the pores are filled with an electrolyte with a gelling agent, which contains a substance that selectively sorb an oxidizing agent or reducing agent, as well as a catalyst for its oxidation or reduction.

Анод из элементарной серы расплавляют и нагревают до температуры перехода серы в пластическую серу, графитового катода, расплава-электролита из эвтектической смеси сульфида натрия, сульфида калия, сульфида лития и/или мочевины, серной кислоты, на графитовый катод подают кислород воздуха, на серный анод - сероводород, а пары воды конденсируют и удаляют.The anode from elemental sulfur is melted and heated to the temperature of sulfur transition to plastic sulfur, a graphite cathode, melt-electrolyte from a eutectic mixture of sodium sulfide, potassium sulfide, lithium sulfide and / or urea, sulfuric acid, air oxygen is supplied to the graphite cathode, and to the sulfuric anode - hydrogen sulfide, and water vapor is condensed and removed.

Для повышения проводимости и скорости реакции при получении элекроэнергии из сероводорода анод частично или полностью изготавливают из сульфида азота, а процесс ведут при температуре не выше температуры разложения сульфида азота.To increase the conductivity and reaction rate when receiving electric energy from hydrogen sulfide, the anode is partially or completely made of nitrogen sulfide, and the process is carried out at a temperature not higher than the decomposition temperature of nitrogen sulfide.

Для очистки природного газа от сероводорода газ подают на анод, метан очищают реакцией в топливном элементе, после конденсации воды метан отводят для дальнейшего использования.To purify natural gas from hydrogen sulfide, gas is supplied to the anode, methane is purified by a reaction in a fuel cell, and after methane condensation, the methane is removed for further use.

Катод для топливного элемента изготавливают из сплава, содержащего свинец, как компонент, образующий окислитель (двуокись свинца), компонент, образующий катализатор - ванадий, марганец, кобальт (окислы соответствующих металлов), компонент, катализирующий туннельный перенос электрона (с электроноакцепторными свойствами) из ряда серебро, медь, а процесс ведут при температуре выше точки плавления, но ниже температуры испарения катода.The cathode for a fuel cell is made of an alloy containing lead as a component forming an oxidizing agent (lead dioxide), a component forming a catalyst is vanadium, manganese, cobalt (oxides of the corresponding metals), a component that catalyzes electron tunneling (with electron-withdrawing properties) from the series silver, copper, and the process is conducted at a temperature above the melting point, but below the evaporation temperature of the cathode.

В качестве электролита используют расплав солей, в качестве катода - тугоплавкий проводящий материал, преимущественно природного происхождения, в частности магнетит, пиролюзит, в качестве анода - расплав металла, в качестве топлива - отходы, в качестве окислителя - кислород воздуха, а процесс ведут при температуре не ниже температуры плавления металла.The electrolyte is molten salts, the cathode is a refractory conductive material, mainly of natural origin, in particular magnetite, pyrolusite, the anode is molten metal, the fuel is waste, the oxidizing agent is atmospheric oxygen, and the process is carried out at a temperature not lower than the melting temperature of the metal.

Для очистки топочных газов от окислов азота и серы в топливном элементе в качестве электродов используют проводящий сорбирующий материал, преимущественно графит, магнетит и/или жидкий электрод из металла, находящегося в жидком состоянии, восстановитель используют из ряда, включающего метан, водород, сероводород, аммиак, топочные газы перед подачей в топливный элемент очищают от пыли, а после реакции топочные газы отводят в атмосферу.To clean the flue gases from nitrogen and sulfur oxides in a fuel cell, conductive sorbent material is used as electrodes, mainly graphite, magnetite and / or a liquid electrode from a metal in a liquid state, the reducing agent is used from the range of methane, hydrogen, hydrogen sulfide, ammonia , the flue gases are cleaned of dust before being fed to the fuel cell, and after the reaction, the flue gases are vented to the atmosphere.

Для увеличения поверхности раздела фаз жидкий электрод помещают на пористую поверхность из смачиваемого металлом материала.To increase the interface, a liquid electrode is placed on a porous surface of a material wetted by a metal.

В качестве электролита для топливного элемента используют легкоплавкую смесь, полученную путем растворения в расплаве мочевины, гуанидина или сорбита полимера из ряда: белок, полипептид, полиамид, крахмал, декстрин, порфиринов.A low-melting mixture obtained by dissolving urea, guanidine, or sorbitol polymer from a series of proteins, polypeptide, polyamide, starch, dextrin, porphyrins is used as an electrolyte for a fuel cell.

Для прианодного или прикатодного электролита в композицию дополнительно вводят в растворенном виде вещество, абсорбирующее восстановитель или окислитель, например для водорода - метиленовый голубой, для кислорода - геминсодержащие вещества, для угарного, водяного и синтез-газа - соли меди, кобальта, железа.For an anode or near-cathode electrolyte, a substance that absorbs a reducing agent or an oxidizing agent is additionally introduced into the composition in dissolved form, for example, for methylene blue, for oxygen, for hemin-containing substances, for carbon monoxide, water and synthesis gas, salts of copper, cobalt, and iron.

В зоне реакции дополнительно создают свободные радикалы путем наложения ультразвуковых или ударных волн, высоковольтных разрядов или введением радиоактивных веществ.Free radicals are additionally created in the reaction zone by applying ultrasonic or shock waves, high voltage discharges or by introducing radioactive substances.

Для интенсификации преобразования химической энергии в электрическую обычно используют высокие температуры, давления, применяют катализаторы или электродные материалы, состоящие частично или полностью из благородных металлов. В нашем изобретении для решения этой задачи используют: интенсификацию радикальных процессов (применение вспомогательного электрода для инжекции электронов в прикатодное пространство), большие площади поверхности электродов (засыпной электрод), электромагнитное и радиоактивное облучение приэлектродной области, а свободные радикалы поглощаются поверхностью электродов, окисление ведут по кратчайшему химическому пути, до первого производного соединения (что дает возможность повысить скорость процесса, но снижает эдс), снижают диффузионные ограничения за счет приведения электродов в ускорение относительно жидкости (затрачивая механическую энергию на этот процесс).To intensify the conversion of chemical energy into electrical energy, high temperatures, pressures are usually used, catalysts or electrode materials consisting partially or completely of noble metals are used. In our invention, to solve this problem they use: the intensification of radical processes (the use of an auxiliary electrode for injection of electrons into the cathode space), large surface areas of the electrodes (charge electrode), electromagnetic and radioactive irradiation of the electrode region, and free radicals are absorbed by the surface of the electrodes, oxidation is carried out by the shortest chemical path, to the first derivative of the compound (which makes it possible to increase the speed of the process, but reduces the emf), reduce diffusion constraints due to the reduction of the electrodes relative to the liquid (spending mechanical energy on this process).

За счет этих технических решений увеличивается эффективность использования химической энергии сырья или отходов путем производства ценного сырья с попутным получением электроэнергии.Due to these technical solutions, the efficiency of the use of chemical energy of raw materials or waste is increased through the production of valuable raw materials with the associated generation of electricity.

Предлагаемый способ осуществляется с помощью устройства, изображенного в разрезе на чертеже.The proposed method is carried out using the device shown in section in the drawing.

Проточная электрохимическая ячейка для проведения реакции состоит из катодной 1 и анодной 2 камер, пористой мембраны 3 между ними, помещенную в камеру, двух дисковых графитовых электродов - катода 4 с токоподводом 5 и анода 6 с токоподводом 7, в катодную и анодную камеры помещают вспомогательные электроды 8, соединенные между собой диэлектрической осью из ударопрочного полистирола. Мембрана состоит из жидкого электролита, отвержденного гелеобразователем. Камеру мембраны предварительно заполняют электролитом с гелеобразователем, а затем электролит превращают в гель. Анод оснащен лопастями. В ячейку помещают электролит. В качестве электролита возможно использование сточной воды. В катодную камеру через барботер 9 и патрубок 10 подают воздух. Электролит из приэлектродного пространства пропускают через сорбент или ионит, находящиеся в ионообменном фильтре 11. Выработка электроэнергии производится из сточных вод, подаваемых в ячейку через патрубок 12. Или же через этот патрубок подают попутный газ. Продукты окисления выводятся через патрубок 13, а азот - через патрубок 14.The flow-through electrochemical cell for the reaction consists of a cathode 1 and anode 2 chambers, a porous membrane 3 between them, placed in the chamber, two disk graphite electrodes - cathode 4 with current lead 5 and anode 6 with current lead 7, auxiliary electrodes are placed in the cathode and anode chambers 8, interconnected by a dielectric axis of high impact polystyrene. The membrane consists of a gel-cured liquid electrolyte. The membrane chamber is pre-filled with a gel-forming electrolyte, and then the electrolyte is gelled. The anode is equipped with blades. An electrolyte is placed in the cell. It is possible to use waste water as an electrolyte. Air is supplied to the cathode chamber through a bubbler 9 and a pipe 10. The electrolyte from the near-electrode space is passed through a sorbent or ion exchanger located in the ion-exchange filter 11. Electricity is generated from wastewater supplied to the cell through the pipe 12. Or, associated gas is supplied through this pipe. The oxidation products are discharged through the pipe 13, and nitrogen through the pipe 14.

Пример 1.Example 1

В электролизную ячейку (в анодную камеру), снабженную двумя графитовыми электродами, барботером в прикатодной области, компрессором и пористой мембраной, помещают сточную воду дрожжевого производства с концентрацией ХПК 1200 мг/л, солесодержанием 300 мг/л. Подают воздух (окислитель) на катод. В контакте с анодом находится сточная вода (восстановитель). На электродах возникает напряжение 0,160 В. Снимают с электродов площадью 1 кв.дм ток в 50 мА. В процессе обработки ХПК снижается за 1 час на 20 мг/л. Происходит очистка сточных вод попутной выработкой электроэнергии в количестве 8 мВт.In the electrolysis cell (in the anode chamber) equipped with two graphite electrodes, a bubbler in the cathode region, a compressor and a porous membrane, yeast wastewater with a COD concentration of 1200 mg / l and a salinity of 300 mg / l is placed. Air is supplied (oxidizing agent) to the cathode. In contact with the anode is wastewater (reducing agent). A voltage of 0.160 V appears on the electrodes. A current of 50 mA is removed from the electrodes with an area of 1 square dm. During processing, COD is reduced in 1 hour by 20 mg / L. There is a wastewater treatment associated generation of electricity in the amount of 8 mW.

Пример 2.Example 2

В ячейку по примеру 1 дополнительно помещают вспомогательный электрод в прикатодное пространство, подают на него потенциал 1000 В, интенсивностью 1 мкА, длительностью импульсов 1 мкс, с частотой 50 Гц. Выработка энергии со сточных вод дрожжевого производства увеличивается до 234 мА. Скорость снижения ХПК увеличилась до 113 мг/л в час. Продукт реакции - карбоновые кислоты, в частности винная и пировиноградная кислота, обнаруживаемая методом жидкостной хроматографии со скоростью накопления 271 мг/л в час. При этом вырабатывается электроэнергия в количестве 37 мВт.In the cell of example 1, an auxiliary electrode is additionally placed in the cathode space, a potential of 1000 V, an intensity of 1 μA, a pulse duration of 1 μs, and a frequency of 50 Hz is supplied to it. Energy production from wastewater from yeast production increases to 234 mA. The COD reduction rate increased to 113 mg / l per hour. The reaction product is carboxylic acids, in particular tartaric and pyruvic acid, detected by liquid chromatography with an accumulation rate of 271 mg / l per hour. At the same time, electricity is generated in the amount of 37 MW.

Пример 3.Example 3

В анодную камеру электрохимической ячейки объемом 300 куб. см, содержащую неподвижный пористый графитовый засыпной электрод, вращающийся графитовый электрод площадью 1 кв. дм, пористую мембрану, барботер, помещают сточную воду молочного производства с ХПК 5714 мг/л. При приведении во вращательное движение дискового графитового электрода со скоростью 20-30 об./с и подаче воздуха на засыпной электрод скорость окисления по ХПК составила 97 мг/л в час, выработка тока 300 мА, с потенциалом 0,15 В. Продукт реакции - пировиноградная кислота. При этом вырабатывается электроэнергия в количестве 45 мВт.In the anode chamber of an electrochemical cell with a volume of 300 cubic meters. cm, containing a fixed porous graphite backfill electrode, a rotating graphite electrode with an area of 1 square. dm, porous membrane, bubbler, wastewater of milk production with COD 5714 mg / l is placed. When the disk graphite electrode was brought into rotational motion at a speed of 20-30 rpm / s and air was supplied to the charge electrode, the COD oxidation rate was 97 mg / l per hour, current output was 300 mA, with a potential of 0.15 V. The reaction product is pyruvic acid. In this case, electricity is generated in the amount of 45 mW.

Пример 4.Example 4

В электролизную ячейку по примеру 1 в прианодную область помещают сточную воду ванны травления Иркутского релейного завода с концентрацией железа (восстановитель) в-2 1700 мг/л с рН 1,4. В прикатодную область помещают сточную воду ванны хромирования с концентрацией хрома-6 339 мг/л, рН=2 (окислитель). На электродах возникает потенциал 0,91 В, снимаемый ток - 300 мА. Скорость реакции окисления солей железа 347 мг/л в час. Продукт реакции - раствор, содержащий хром-3 и железо-3, предназначенный для эффективного осаждения и очистки на существующей станции нейтрализации. При этом вырабатывается электроэнергия в количестве 0,271 Вт.In the electrolysis cell of Example 1, wastewater from the etching bath of the Irkutsk Relay Plant with an iron concentration (reducing agent) of -2 1700 mg / l with a pH of 1.4 is placed in the anode region. In the cathode region, wastewater of a chromium bath is placed with a chromium-6 concentration of 339 mg / l, pH = 2 (oxidizing agent). A potential of 0.91 V arises on the electrodes, and the current taken is 300 mA. The reaction rate of oxidation of iron salts is 347 mg / l per hour. The reaction product is a solution containing chromium-3 and iron-3, designed for efficient deposition and purification at an existing neutralization station. In this case, electricity is generated in the amount of 0.271 watts.

Пример 5.Example 5

По примеру 1, но дополнительно под электролизер помещают источник рентгеновского излучения мощностью 6 Вт. Снимаемый ток увеличивается на 217 мА.According to example 1, but additionally under the electrolyzer placed a source of x-ray power of 6 watts. The removed current increases by 217 mA.

Пример 6.Example 6

В напорную двухкамерную электрохимическую ячейку объемом 2 л, снабженную графитовыми электродами и пористой мембраной, помещают электролит, состоящий из 10%-ного водного раствора кальцинированной соды. В катодную камеру через барботер подают попутный газ с содержанием сероводорода 0,5% об. под давлением 0,5 атм. В анодную камеру - воздух под давлением 0,5 атм. Сероводород из попутного газа окисляется до элементарной серы, на выходе из ячейки его не более 0,1%. Газ очищается от сероводорода и может быть использован как энергоноситель. На электродах потенциал 0,37 В, ток 117 мА. При этом вырабатывается электроэнергия в количестве 43 мВт.An electrolyte consisting of a 10% aqueous solution of soda ash is placed in a pressure head two-chamber electrochemical cell with a volume of 2 l, equipped with graphite electrodes and a porous membrane. Associated gas with a hydrogen sulfide content of 0.5% vol. Is supplied to the cathode chamber through a bubbler. under a pressure of 0.5 atm. Into the anode chamber is air at a pressure of 0.5 atm. Hydrogen sulfide from associated gas is oxidized to elemental sulfur, at the outlet of the cell no more than 0.1%. The gas is purified from hydrogen sulfide and can be used as an energy carrier. On the electrodes, the potential is 0.37 V, the current is 117 mA. At the same time, electricity is generated in the amount of 43 MW.

Пример 7.Example 7

Проточная электрохимическая ячейка для проведения реакции состоит из катодной и анодной камер, пористой мембраны между ними, двух дисковых графитовых электродов, соединенных между собой диэлектрической осью из ударопрочного полистирола. Катод оснащен лопастями. На анод покапельно подают сточную воду пивоваренного производства (восстановитель) с концентрацией 234 мг/л с подачей 1 мл в минуту. Под действием воды анод вращается со скоростью 1 оборот за 5 минут, приводя во вращение катод. Катод, проходя через слой воздуха, насыщается кислородом (окислитель). Разница потенциалов между электродами 0,12 В, ток 43 мА. При этом вырабатывается электроэнергия в количестве 5,2 мВт.The flow-through electrochemical cell for carrying out the reaction consists of a cathode and anode chambers, a porous membrane between them, two disk graphite electrodes connected by a dielectric axis made of impact-resistant polystyrene. The cathode is equipped with blades. Brewing wastewater (reducing agent) is supplied dropwise to the anode with a concentration of 234 mg / l with a flow of 1 ml per minute. Under the influence of water, the anode rotates at a speed of 1 revolution in 5 minutes, causing the cathode to rotate. The cathode, passing through a layer of air, is saturated with oxygen (oxidizing agent). The potential difference between the electrodes is 0.12 V, current 43 mA. At the same time, electricity is generated in the amount of 5.2 mW.

Пример 8.Example 8

По примеру 1, но в сточную воду дополнительно вводят персульфат аммония (источник свободных радикалов) в количестве 10 мг/л. Снимают с электродов ток 175 мА. При этом вырабатывается электроэнергия в количестве 28 мВт.According to example 1, but ammonium persulfate (a source of free radicals) in an amount of 10 mg / l is additionally added to the wastewater. The current 175 mA is removed from the electrodes. At the same time, electricity is generated in the amount of 28 mW.

Пример 9.Example 9

По примеру 3, но дополнительно осуществляют циркуляцию сточной воды от элекрохимической ячейки к ионообменной колонке с 10 см³ анионита АВ-17-8 в ОН-форме и обратно перистальтическим насосом. Скорость окисления по ХПК составила 118 мг/л в час, выработка тока 312 мА, с потенциалом 0,3 В. Продукт реакции - пировиноградная кислота. Разница потенциалов стабильна и не меняется после 12 часов работы ячейки. При этом вырабатывается электроэнергия в количестве 94 мВт.According to example 3, but additionally carry out the circulation of wastewater from the electrochemical cell to the ion-exchange column with 10 cm ³ anion exchange resin AB-17-8 in the OH-form and back with a peristaltic pump. The COD oxidation rate was 118 mg / l per hour, current output 312 mA, with a potential of 0.3 V. The reaction product is pyruvic acid. The potential difference is stable and does not change after 12 hours of cell operation. In this case, electricity is generated in the amount of 94 mW.

Пример 10.Example 10

По примеру 9, но дополнительно вводят перфторстеарат калия в количестве 1 мг/л. Съем тока увеличился до 201 мА. При этом вырабатывается электроэнергия в количестве 42 мВт.According to example 9, but additionally administered potassium perfluorstearate in an amount of 1 mg / L. The current sink has increased to 201 mA. At the same time, electricity is generated in the amount of 42 mW.

Ожидаемый результат - снижение энергозатрат в процессах очистки сточных вод, а также в химической, нефтехимической, пищевой и перерабатывающей промышленности, машиностроении, получение новых ценных химических товаров (пировиноградной, молочной и щавелевой кислоты и т.п.).The expected result is a reduction in energy consumption in wastewater treatment processes, as well as in the chemical, petrochemical, food and processing industries, mechanical engineering, and the receipt of new valuable chemical goods (pyruvic acid, lactic and oxalic acid, etc.).

Claims

1. A method of producing electrical energy, in which an electrode pair is formed from a positive electrode and a negative electrode, oxidizing and reducing reagents are fed into it, characterized in that they form free radicals that accelerate chemical reactions on the main electrodes by placing auxiliary electrodes to which pulses with a voltage not less than the voltage of the electron exit from the electrode, with a frequency equal to or a multiple of the resonant frequency of the electrolyte, with a current strength sufficient to form Hovhan radicals in an amount no greater than 1 radical of 3 ÷ 1000 reductant or oxidant molecules and / or by supplying substances initiators forming free radicals in the decay and / or electrode material injected substances that accelerate the decomposition of the initiators.

2. The method of claim 1, characterized in that the electrode pair is placed in a cell with an electrolyte, divided into a cathode and anode chamber by a membrane consisting of a gel-cured liquid electrolyte

3. The method of claim 1, characterized in that at least one of the electrodes is rotationally driven or oscillated with an intensity providing forced diffusion at a rate equal to or greater than the speed of the electrochemical reaction with acceleration not less than 0.001 m / s ² .

4. The method of claim 1, characterized in that the electrolyte placed in the cell is passed from the electrode space through a sorbent or ion exchanger with a linear velocity of not more than 30 m / h, the product of the electrode reaction is absorbed or adsorbed.

5. The method of claim 1, characterized in that the catalyst of electrochemical processes is additionally introduced, which is an organofluorine compound having surfactant properties in a concentration exceeding the critical micelle formation concentration.

6. The method of claim 1, characterized in that they are irradiated with electromagnetic radiation with an intensity and frequency sufficient for the initiator to decay into free radicals.

7. The method of claim 1, characterized in that one or both of the electrodes are made porous, and the pores are filled with an electrolyte with a gelling agent containing a substance selectively sorbing an oxidizing agent or a reducing agent, as well as a catalyst for its oxidation or reduction.

8. The method of claim 1, characterized in that the anode of elemental sulfur is melted and heated to a temperature of transition of sulfur to plastic sulfur, a graphite cathode, a molten electrolyte from a eutectic mixture of sodium sulfide, potassium sulfide, lithium sulfide and / or urea, sulfuric acid , air oxygen is supplied to the graphite cathode, hydrogen sulfide to the sulfuric anode, and water vapor is condensed and removed.

9. The method of claim 1, characterized in that the anode is partially or completely made of nitrogen sulfide, and the process is conducted no higher than the decomposition temperature of nitrogen sulfide.

10. The method of claim 1, characterized in that the gas is supplied to the anode, methane is purified by the reaction in the fuel cell, after the condensation of water, methane is removed for further use.

11. The method of claim 1, characterized in that the cathode for the fuel cell is made of an alloy containing lead, as a component forming an oxidizing agent (lead dioxide), a component forming a catalyst is vanadium, manganese, cobalt (oxides of the corresponding metals), component, catalytic tunneling electron transfer (with electron-withdrawing properties) from the series: silver, copper, and the process is conducted at a temperature above the melting point, but below the evaporation temperature of the cathode.

12. The method of claim 1, characterized in that a molten salt is used as an electrolyte, a refractory conductive material, mainly of natural origin, in particular magnetite, pyrolusite, as a anode, a molten metal, as a fuel, waste, as oxidizing agent - oxygen, and the process is carried out at a temperature not lower than the melting temperature of the metal.

13. The method of claim 1, characterized in that the electrodes use a conductive sorbent material, mainly graphite, magnetite and / or a liquid electrode of a metal in a liquid state, the reducing agent is used from the range of methane, hydrogen, hydrogen sulfide, ammonia, flue gases are cleaned of dust before being fed to the fuel cell, and after the reaction flue gases are vented to the atmosphere.

14. The method of claim 1, characterized in that the liquid electrode is placed on a porous surface of a material wetted by a metal.

15. The method of claim 1, characterized in that as the electrolyte for the fuel cell, a low-melting mixture obtained by dissolving in a melt urea, guanidine or sorbitol polymer from the series: protein, polypeptide, polyamide, starch, dextrin, polyporphyrins is used.

16. The method of claim 1, characterized in that for an anodic or near-cathodic electrolyte, a substance absorbing a reducing agent or an oxidizing agent is additionally introduced into the composition in dissolved form, for example, methylene blue for hydrogen, hemin-containing substances for oxygen, carbon monoxide, water and synthesis gas - salts of copper, cobalt, iron.

17. The method of claim 1, characterized in that in the reaction zone additionally create free radicals by applying ultrasonic or shock waves, high voltage discharges or the introduction of radioactive substances.